[发明专利]缩短发光中心的闪烁响应的方法以及具有缩短的闪烁响应的闪烁体的材料

说明书

要解决的问题：目前，缩短闪烁材料的闪烁响应的已知方法是抑制闪烁响应的次波幅较慢成分（2），但是在这种方法中，显著缩短闪烁响应的主波幅成分的可能性受到限制。解决方案：本发明涉及缩短闪烁体发光中心的闪烁响应的方法，该方法用Ce或Pr共掺杂，同时用来自镧系元素、3d跃迁金属、4d跃迁金属或5s²或6s²离子族的离子共掺杂。已经具有由被吸收的电磁辐射导致发光中心电子激发，用这种方法生成的闪烁体可通过非辐射能量转移从被激发的发光中心带离部分能量，从而导致闪烁响应的主波幅成分（1）的持续时间被显著缩短。

技术领域

本发明涉及缩短用于检测电离辐射的闪烁体的闪烁响应的方法，并且涉及对入射电离辐射具有快速闪烁响应的闪烁体材料。

背景技术

闪烁材料（也就是闪烁体），能够吸收电离粒子或光子，所吸收的电离粒子或光子具有对它所处的环境进行电离的充足能量，即一般在真空紫外线内（7eV以上）或在电磁谱的更加的短波长区域，并且闪烁材料能够发射在电磁谱的相关区域中具有更低的能量的电离粒子或光子。在任何环境中吸收电离辐射会引起晶格中的闪烁体原子、分子或离子的电子的激发态。在所谓的闪烁响应中，被最频繁使用的闪烁体在可见光谱区域以快速、有效和可再生的方法发射辐射，也就是以闪烁衰变的方法，作为吸收电离辐射的反应，而该电离辐射通常在可见光谱区域之外。这意味着闪烁体将人眼（检测器）可能不敏感的任意波长和频率的电磁辐射转换为人眼（检测器）可见的辐射。多数闪烁体对各种形式的电离辐射作出反应。

吸收电磁辐射的能力其特点在于物质的吸收光谱，发射电磁辐射的能力其特点在于物质的发射光谱。为评估吸收光谱或发射光谱，或吸收光谱中的吸收带或发射光谱中的发射带，要使用单个带所达到的峰值以及半峰全宽（FWHM），半峰全宽（FWHM）是两个极值之差，该两个极值是自变量，在两个极值处的因变量等于其峰值的一半。半峰半宽（HWHM）等于半峰全宽的一半。

首要的主时间是闪烁响应中最快的主波幅成分，首要的主时间由非常接近于光致发光衰变中的寿命的发射中心寿命决定。光致发光衰变在发射中心的直接激发处测量，一般在紫外光谱区域。闪烁响应事实上总是还包含较慢的成分，该较慢的成分源自能量传递的结果，大多数以带电载体迁移至发射中心的方式。

通常在各种形式的电离辐射的检测和光谱测定的过程中使用闪烁体。这些检测器频繁地被用于核物理和粒子物理、医学研究领域或质量控制行业。许多的这些应用都要求短的闪烁体衰变时间，因为闪烁体衰变时间正比于闪烁体进行技术操作的速度。技术操作的示例包括在PET（即正电子成象术）中进行患者的身体扫描、边境管制处进行扫描物体、粒子物理研究中的粒子检测、电子显微镜和CT中的扫描和成像、晶体学和许多其他的示例，其中闪烁体衰变时间扮演关键角色。

目前，各种类型的单晶被用于制备闪烁体检测器。取决于所要求的应用，使用单个类型单晶的各种不同的物理-化学性能、材料性能和闪烁性能，例如密度、有效原子序数、波长发射、发光寿命和光输出。

在工业中基于铝酸盐类的材料已经被使用了很长时间，也就是掺杂Ce³⁺的钇铝石榴石（YAG:Ce、Y₃Al₅O₁₂:Ce）、掺杂Ce³⁺的钇铝钙钛矿（YAP:Ce、YAlO₃:Ce）或掺杂Ce³⁺的钇铝硅酸盐（YSO:Ce、Y₂SiO₅:Ce）。如果要求更高的密度和更高的有效原子序数，Y离子被Lu离子完全或部分取代。检测器闪烁响应的速度被发光中心本身（铈离子）的响应限制，对于这些材料发光中心本身的响应在20ns至70ns之间。